1、发动机曲柄连杆机构发动机曲柄连杆机构2011-04-0218:46第三节活塞连杆组一、活塞1、活塞的功用及工作条件活塞的功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外，活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。活塞各部名称如图:工作条件:活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600700K，且温度分布很不均匀;活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达35MPa，柴油机高达69MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用;活塞
2、在气缸内以很高的速度(812m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。根据上述工作条件，活塞结构用所用材料应满足下列要求:(1)要有足够的刚度和强度，传力可靠;(2)导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损;(3)质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。2、活塞材料铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。3、活塞构造:活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。1)活塞顶部形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关。其顶部形状可分为三大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞。大多汽油机采用
3、平顶活塞。平顶活塞顶部是一个平面，加工简单，受热面积小，顶部应力分面较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，采用凸顶活塞，多数是为了在不改变气缸盖结构的情况下增大发动机的压缩比。如好波尔舍911系列发动机。凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。如夏利TJ370Q。2)活塞头部活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。柴油机压缩比高，
4、一般有四道环槽，上部三道安装气环，下部安装油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，温度高，磨损严重，一般应离顶部较远些。活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。3)活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。它的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都应该保持均匀的、适宜的间
5、隙。间隙过大，活塞敲缸;间隙过小，活塞可能被气缸卡住。二、活塞环1、活塞环的功用及工作条件活塞环分为气环和油环两种。气环的主要功用是密封和传热。气环是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。其中密封作用是主要的，因为密封是传热的前提。油环主要功用是起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用。2、活塞环的工作条件活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作，尤其是第一道环最为困难，长期以
6、来，活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用，温度很高，活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动，加上高温下机油可能变质，使环的润滑条件变坏，难以保证良好的润滑，因而磨损严重。另外，由于气缸壁的锥度和椭圆度，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素)，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。其它道环大都采用镀锡和磷化处理，以改善其磨合性。3、气环气环开有切口，具有弹性，在自由状态下不是下圆形，其外径大于气缸直径，活塞环装入气缸后，在自身弹力作用下环外表面紧贴在
7、气缸壁上，形成第一密封面，高压气体不能通过第一密封面而泄漏，它可能通过活塞顶岸与环槽的下侧面贴紧形成的第二密封面。同时，作用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用，气环密封效果一般与气环数量有关，汽油机一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环。1)矩形环，断面为矩形。其结构简单，制造方便，易于生产，与气缸壁接面积大，有利于活塞散热。但磨合性差，矩形环随活塞往复运动时，会把气缸壁面上的机油不断挤入燃烧室中。产生“泵油作用“，使机油消耗量增加，活塞顶及燃烧室壁面积炭。2)锥面环环外圆面为锥角很小的锥形，减小了环与气缸
8、壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油;活塞上行时，由于锥面的“油楔“作用，锥面环滑越过气缸壁上的油膜而不致将机油带入燃烧室。安装时，在环的上侧面的标有向上的记号，不能装反。否则会引起机油上窜。3)扭曲环断面不对称的气环装入气缸后，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形，故称扭曲环。在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。活塞上行时，扭曲环在残余油膜上浮，可以减小摩擦，减小磨损。活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。同时，由于扭曲环在环槽中上、下跳动的行程缩短，可以减轻“泵油“的副作用。安装时必须注意断面形状和方向，内切口朝上
9、，外切口朝下，不能装反。4)梯形环断面呈梯形，其优点是抗粘结性好。当活塞头部温度很高时，窜入第一道环槽中的机油容易结焦并将气环粘住，梯形环的侧隙和背隙随侧压力的方向不同而不断地改变。将环槽中的积炭挤出去。5)桶形环桶面环的外圆为凸圆弧形。其密封性、磨合性及对气缸壁表面形状的适应性都比较好。当桶面环不论上行还是下行均能形成楔油膜，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。4、油环油环有普通油环和组合油环两种。1)普通油环普通油环又叫整体式油环。环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽，当活塞向下运动时，将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱;当活塞上行时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱
10、。有些普通环还在其外侧上边制有倒角，使环在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的上窜。2)组合油环组合环由上下两片刮片和弹性衬环组成。这种油环的接触压力高，对气缸壁面适应性好，而且回油通路大，重量小，刮油效果明显。三、活塞销1、活塞销的功用及工作条件活塞销的功用是连接活塞和连杆，并把活塞承受的力传给连杆或相反。活塞销在高温下承受很大的周期性冲击负荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，质量尽可能小。2、活塞销结构及材料活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经
11、渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较高的尺寸精度和表面光洁度。四、连杆1、连杆的功用连接活塞与曲轴，并把活塞承受的力传给曲轴，使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。2、连杆的组成连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴承等零件。连杆也可分为三个部分:即连杆小头，连杆杆身和连杆大头。连杆小头与活塞销相连。1)连杆小头连杆小头与活塞的连接方式有两种，即全浮式和半浮式。全浮式活塞销工作时，在活塞销孔和连杆小头孔内均可自由转动，可保证均匀磨损。半浮式活塞销工作时，只在活塞销内转动，在小头孔内不转动。小头孔不装衬套。2)连杆杆身断面为工字形，刚度大，质量轻、适于模锻。杆身内设有润滑油孔。采用压力法润
12、滑的连杆3)连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连，大头有整体式和分开式两种。一般都采用分开式，分开式又分为平切口和斜切口两种，连杆盖用螺栓或螺柱紧固。平切口分面与连杆杆身轴线垂直，汽油机多采用这种连杆。斜切口分面与连杆杆身轴线成3060夹角。柴油机多采用这种连杆。连杆与连杆盖配对加工，加工后，在它们同一侧打上配对记号，安装时不得互相调换或变更方向。为此，在结构上采取了定位措施。平切口定位多采用连杆螺栓定位，利用连杆螺栓中部精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与经过精加工的螺栓孔来保证的。斜切口常用的定位方法有锯齿定位、止口定位、圆销定位、套筒定位。3、连杆安装的注意事项1)连杆与连杆盖配对好，不得更换或调头。
13、(在杆身侧面打有记号)。2)各缸连杆不得互换(根据平衡要求，同一发动机连杆重量差不得超过允许范围)。3)安装连杆盖拧紧连杆螺栓螺母时要用扭力板手分23次交替均匀地拧紧到规定的扭矩，拧紧后还应可靠的锁紧。第四节曲柄飞轮组曲轴飞轮组的组成:曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成一、曲轴1、曲轴的功用:将作用是将活塞连杆组传来的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。另外，还用来驱动配气机构及其他各种辅助装置。2、曲轴的结构:由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄构成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数;V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸
14、数的一半。按曲轴的支承方式，一般可分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种。全支承曲轴:曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。非全支承曲轴:曲轴的主轴颈数比气缸数目少或与气缸数目相等。曲轴上钻有贯穿主轴颈、连杆轴颈和曲柄的油道，具有一定压力的润滑油经气缸体上主油道进入曲轴主轴承的工作面后，通过贯穿油道送到主轴颈工作表面，以保证可靠润滑。曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端有用来安装飞轮的凸缘。在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。二、飞轮飞轮的主要功用是用来贮存作功行程的能量，以便克服其他行程的阻力，使曲轴能均匀地旋转。飞轮外缘压有齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用;汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。飞轮上通常刻有点火正时记号，以便检验和调整点火正时及气门间隙。
